2022年, 第39卷, 第9期　
刊出日期：2022-09-30

  

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试验研究
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  扩散焊换热器垮塌载荷预测与试验研究

  刘孝根, 陈永东, 胡伟民, 于改革, 吴晓红, 姚志燕

  压力容器. 2022, 39(9): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.001

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  以扩散焊换热器出现不可限制的大变形为约束条件，建立板片厚度1.5 mm、流道半径0.9 mm、流道肋宽0.4 mm、材料316L的扩散焊换热器真实应力-应变的材料本构模型。采用弹-塑性应力分析方法预测结构垮塌载荷及结构载荷-位移曲线，并通过扩散焊换热器爆破试验及应变测试进行验证。结果表明:预测的垮塌载荷(121.7 MPa)与爆破试验值相对误差仅为2.64%，验证了扩散焊换热器芯体结构应力计算方法和计算模型的合理性，对扩散焊换热器工程设计具有重要意义。
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  基于矫顽力的X80管道焊接残余应力测量方法研究

  李玉坤, 杨进川, 焦守田, 彭启凤

  压力容器. 2022, 39(9): 9-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.002

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  矫顽力法是油气管道残余应力无损测试的有效方法，对确保焊接管段服役安全有重要工程价值。基于力磁耦合理论，分析了应力、应变对矫顽力的影响，推导了平面应力状态下应变与矫顽力的计算公式，提出了适用于管道的力磁耦合模型；开展单向拉伸试验，标定了X80管线钢磁弹性应变系数，利用矫顽力法测量了管道环焊缝区域的残余应力，并与盲孔法测量结果进行了对比。试验结果表明：矫顽力法轴向残余应力测量结果与盲孔法测量结果二者数值上存在一定误差，但应力分布规律一致，验证了矫顽力法的可行性。研究结果可为X80现场管道环焊缝残余应力无损检测提供有效参考。
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  基于饱和磁参数法的P92钢热疲劳损伤评估

  汤淳坡, 周龙, 吴国兴, 崔崇

  压力容器. 2022, 39(9): 19-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.003

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  为研究灵活性运行条件下火电机组的重要金属部件受到的热疲劳损伤，采用磁性分析系统测试了经热模拟试验机制备的不同热疲劳损伤P92钢的饱和磁滞回线，分析了磁矫顽力、剩磁与热疲劳试验循环次数关系，并检测了样品的微观组织和室温力学性能。研究发现P92钢的热疲劳试验循环次数与磁矫顽力线性相关，但与剩磁无明显相关性，随着热疲劳试验循环次数增加，马氏体板条内小的位错胞结构消失、板条宽度有增大趋势，样品的室温抗拉强度和屈服强度总体呈现降低趋势。
设计计算
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  大型弓形截面螺旋管中流体流动与传热性能研究

  李维聪, 李慧芳, 尹霞, 吴志伟, 钱才富

  压力容器. 2022, 39(9): 25-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.004

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  以水为介质，通过数值模拟对湍流条件下截面圆心角α在90°～180°范围内、螺旋直径在1 000～4 500 mm之间的大型弓形截面螺旋管中流体流动与传热性能进行模拟研究。结果表明，在一定的体积流量下，截面圆心角小于180°的弓形截面管相比半圆形截面管具有更好的综合换热和经济性能。α为90°时的PEC可达180°时的1.18倍。当交换相同的热量时，α为90°的弓形截面管比半圆管所需材料可减少约71.6%。在大量数值模拟结果基础上，通过引入截面圆心角变量α，拟合得到了弓形截面螺旋管中流体流动与传热准数Nu和f关联式。数值验算表明，关联式精度较高，可用于大型弓形截面管夹套的工艺计算。
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  天然气站场三通不等壁厚连接结构优化

  杨明, 牛海仲, 尤泽广, 倪姗姗, 伍奕

  压力容器. 2022, 39(9): 32-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.005

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  针对当前工程应用最大三通规格P12 MPa, DN1400 mm×1200 mm的X80钢级站场三通，提出扩大三通内径及传统三通采用新型孔锥型坡口两种与工艺管道等内径连接方案，采用弹塑性有限元分析方法，结合基于响应曲面的参数优化方法，确定三通等内径连接设计的最优方案为壁厚59 mm，内切坡口深度35 mm，实现了连接区域内无应力集中点。运用水压试验爆破方法验证了此结构的安全性，解决了大口径、高压力、高钢级、大壁厚差三通与工艺管道不等壁厚连接问题。此研究结果可为我国今后大口径天然气三通设计制造提供参考依据。
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  小冲杆和压入测试技术获取材料真应力-应变曲线的对比研究

  陈国耀, 徐彤, 钟继如, 章骁程, 关凯书

  压力容器. 2022, 39(9): 42-49,55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.006

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  小冲杆和压入测试技术是测量在役设备以及涂层、焊缝等局部区域力学性能的有效途径。对两种测试方法获取材料真应力-应变曲线的准确性和抗干扰能力进行了对比研究。首先提出了基于材料数据库通过小冲杆或压入的载荷-位移曲线反求材料真应力-应变数据的统一方法；然后通过虚拟材料和2.25Cr1Mo钢对数据库方法的准确性进行了验证；最后对小冲杆和压入测试技术反求真应力-应变曲线的抗干扰能力进行了比较分析。结果表明，通过小冲杆法或压入法的载荷-位移曲线均能获得准确的材料真应力-应变数据，但是当载荷-位移曲线与材料响应存在偏差时，两种测试方法的抗干扰能力不同，当载荷-位移曲线的偏差为1%时，通过小冲杆曲线和压入曲线反求的真应力-应变数据误差分别为2.5%和8.7%；当载荷-位移曲线的偏差为0.5%时，通过小冲杆法反求的真应力-应变数据误差仅为1.2%，但是压入法求得的结果误差仍高达4.8%；相同偏差下, 小冲杆法比压入法具有更好的抗干扰能力，增加压入深度时，压入法的抗干扰能力有所提高。
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  考虑环境对疲劳促进作用时载荷配对方法保守性研究

  耿昌金, 张彦召, 陈明亚, 刘啸天, 高红波, 周帅, 林磊, 徐德城, 彭群家

  压力容器. 2022, 39(9): 50-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.007

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  现有核电厂规范一级设备的疲劳评估中均需要考虑压水堆反应堆一回路水环境对疲劳的促进作用(环境促进疲劳，EAF)，而高的交变应力配对往往对应更快的应变变化速率，将计算获得较低的环境修正因子(F_en)，但现有规范在载荷配对中忽略了对F_en的影响。介绍了反应堆水环境影响疲劳寿命问题，包括EAF问题的发展及其评价方法。着重介绍了使用环境修正因子F_en评价EAF问题的方法、美国经验反馈以及法国最新版RCC-M规范针对EAF问题作出的修改和EAF评估流程。最后，基于某工程实际案例，分析不同载荷配对对疲劳分析结果的影响。案例中快速应变过程产生的Fen较小，优化后的载荷配对形成更大的疲劳损伤结果。分析案例表明，考虑EAF时，现有ASME规范载荷配对方法可能获得非保守性的结果。
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  不等直径并排塔器风致振动特性分析

  郭凯, 程雨轩, 蒋建旭, 樊显涛, 张红升

  压力容器. 2022, 39(9): 56-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.008

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  随着石化行业的发展，不等直径并排塔器日渐增多，且其因风致振动而发生破坏的现象也经常发生。为了探究不等直径并排塔器的风致振动特性，采用大涡模拟，在直径比d/D=0.4～1.0范围内对亚临界雷诺数和小间距比(L/D=1.5)条件下不等直径并排塔器的风致振动响应进行数值研究。在折合速度U_r=2.5～20的范围内研究了直径比对塔器振动响应、频域响应和受力特性的影响。研究结果表明，相比于单座塔器，并排塔器呈现涡激振动与驰振两种响应，会产生较强的振动，最大振幅比单圆柱大了近40%～45%。对于不等直径并排塔器，当直径比发生变化时，会导致上游塔器的遮蔽作用发生变化，下游塔器的振动响应、频域响应、受力特性、锁定区范围和开始锁定的折合速度都会随之发生变化。
标准规范
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  焊接接头弯曲试验标准现状及影响因素

  宋北, 郭枭, 储继君, 姜英龙, 王博, 曹宇堃

  压力容器. 2022, 39(9): 64-71,86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.009

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  针对焊接接头弯曲试验标准现状及影响因素研究进行了综述，详细对比了各标准关于弯曲试验参数的技术细节。各焊接接头弯曲试验标准在适用范围、弯曲试样尺寸、试验条件等方面的要求存在显著差异，美国(AWS)、日本(JIS)标准体系在部分焊接材料产品标准中针对弯曲性能提出了具体考核要求，国际(ISO)、中国(GB)在焊材产品标准中均未做相关规定，中国各焊接工艺评定标准对弯曲性能的考核要求基本一致。已经开展的研究表明，试样的弯曲角度、压头直径与试样厚度比值等因素均会对弯曲试验结果产生重要影响。焊接行业应针对焊接接头弯曲试验方法开展基础研究、试验验证等系统研究工作，为进一步提升工程质量提供支撑与保障。
检验与维护
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  复合材料层合板损伤声发射信号特征提取方法

  沈书乾, 李伟, 龙飞飞, 曹书铭, 段志宏, 程丽华

  压力容器. 2022, 39(9): 72-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.010

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  针对碳纤维复合材料气瓶的损伤在线监测问题, 按照Ⅲ 型瓶缠绕结构, 制作缠绕方式及厚度尺寸一致的层合板进行冲击过程的声发射检测研究。通过将小波包能量谱分析法应用到冲击损伤过程中获得的声发射信号, 得到不同冲击能量下的声发射信号能量谱分布。与超声扫描获得的 B 扫图像对比表明, 小波包能量谱的分布规律能较好表征层合板的损伤类型, 同时可获得 CFRP 层合板不同损伤类型的声发射频率特性。
制造与安装
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  航天器用大型复合材料贮箱研制技术

  于斌, 黄诚, 杨文博, 常鑫, 顾森东, 朱利军

  压力容器. 2022, 39(9): 77-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.09.011

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  推进剂贮箱是卫星、飞船推进分系统，用于贮存推进剂的关键平台载荷，为提高航天推进系统与单机整体性能，追踪国外发展趋势，进行了国内外文献调研与分析。针对航天大型复合材料贮箱研制技术，分别从材料选择、结构设计、可靠性设计、制造工艺、鉴定试验与产品标准等方面阐述了技术重点内容。推进剂贮箱技术是设计、材料、工艺、试验等技术的集成技术，随着技术水平提升，推进剂贮箱综合性能也在不断提高。航天推进剂贮箱向复合材料结构、低温贮存、轻重量、高强度、高可靠性、高安全性、长寿命、环境适应性强等方向发展。